"먹기도 전에 배부르다"...GLP-1 작용기전 밝혀낸 뇌과학자

• 최형진 서울대 뇌인지과학과 교수, 1월의 과학기술인상 수상

[데일리팜=강신국 기자] 대사질환과 심뇌혈관질환 치료제로 알려진 글루카곤 유사 펩타이드-1(GLP-1)의 식욕억제 기전을 규명한 최형진 서울대 뇌인지과학교 교수가 1월의 과학기술인상을 받았다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 선정하는 이달의 과학기술인상은 1000만원의 상금이 부상으로 수여된다.

GLP-1은 식사 후 장에서 분비돼 인슐린 분비를 촉진하고 식욕을 억제하는 호르몬이다. 그동안 이 호르몬의 유사체인 GLP- 1 기반 치료제는 2005년 당뇨병 치료제로, 2014년에는 비만치료제로 미국 FDA의 승인을 받아 세계적으로 널리 사용돼 왔다.

최근에는 GLP-1 기반 비만치료제들이 강력한 체중 감소 효과와 함께 심혈관 질환을 낮추는 효과가 입증되며 꾸준히 수요가 늘고 있으나, GLP-1이 뇌의 어느 부위에서 작용해 식욕을 억제하는지에 대한 기전이 명확히 밝혀진 바가 없었다.

이에, 최형진 교수는 최근 뇌과학과 내분비학의 융합연구를 통해 GLP-1이 뇌의 시상하부에 작용해 음식을 인지하는 것만으로도 포만감을 유발하고 식욕을 억제한다는 사실을 규명했다.

최형진 교수 연구팀은 사람의 뇌 조직에서 GLP-1 수용체의 분포를 분석한 결과, 시상하부 신경핵에서 높은 발현을 확인했다. 이를 바탕으로 첨단신경과학 기술인 광유전학을 활용한 쥐 실험을 통해, GLP-1 수용체 신경을 인위적으로 활성화하면 즉각적인 식사 중단을 유도하고, 반대로 억제 시 식사가 지속됨을 입증했다.

이번 연구 결과는 GLP-1 식욕억제제의 뇌작용 기전을 명확히 규명한 중요한 과학적 성과로 평가받고 있으며, 2024년 6월 세계적인 과학 저널인 사이언스(Science) 온라인판에 게재됐. 이 연구는 비만과 대사질환 치료제 개발에 새로운 가능성을 제시하며, 글로벌 의료 연구에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

최형진 교수는 "이번 연구는 식욕이 뇌에서 어떻게 조절되고, GLP-1 식욕억제제가 어떻게 작동하는지를 뇌과학 도구를 활용해 규명한 점에서 의의가 크다"며 "앞으로 현대인들의 대사질환 발병 원인을 규명하고, 새로운 식욕억제제 개발에 도전하겠다"고 수상 소감을 밝혔다.

뇌 시상하부에 의한 GLP-1 식욕 조절 기전

GLP

-1 관련 비만치료제들이 강력한 체중 감소, 심혈관 질환 사망율 20% 감소 등 임상적 효능이 입증되어 전세계적으로 사용이 급격히 증가하고 있다. 하지만 이런 GLP

-1 비만치료제들이 뇌 어느 부위에 작용하여 식욕을 억제하는지는 여전히 잘 알려져 있지 않다.

GLP

-1 비만치료제가 시상하부의 배불러짐 유발 신경들의 신경활성을 음식을 인지할 때부터 증폭시킴을 밝혔다. 우선 비만환자에게 GLP

-1 비만치료제를 치료한 이후에는 음식을 삼키기 이전부터 음식을 입, 코 눈에서 인지하는 것만으로도 배불러짐이 높아지는 현상을 입증했다.

이후, GLP

-1 작용 뇌 부위를 사람에게서 찾기 위해, 사람 뇌조직에서 GLP

-1 수용체(GLP

-1 receptor, GLP

-1R)의 분포를 분석한 결과 ‘등쪽 안쪽 시상하부 신경핵’(Dorsomedial hypothalamus, DMH)에 많이 발현하는 것을 발견했다. 또한, 쥐 뇌조직에서도 같은 DMH 부위에서 GLP

-1R이 발견되었다. 이에 첨단 신경과학 도구를 사용할 수 있는 쥐를 활용하여 배불러짐 유발 기전을 연구했다. 광유전학 기술을 이용해 DMH에 있는 GLP

-1R 신경을 인위적으로 활성화하면 진행하던 식사가 즉각 중단되었다.

반대로 인위적으로 억제하면 식사를 중단하지 않고, 식사 지속시간이 증가하였다. 이 결과들은 배불러짐을 유발할 것이라는 것을 시사한다. 다음으로 신경활성을 측정하는 칼슘 이미징 기술로 DMH GLP

-1R 신경이 음식을 인지하고 먹는 것을 예상할 때부터 활성화되는 것을 증명하였다. 추가로 이 DMH GLP

-1R 신경은, 배고픔 신경으로 알려져 있는 궁상핵(Arcuate Nucleus, ARC) 아구티 관련 펩타이드(Agouti

-related peptide, AgRP) 신경을 억제하여, 배불러짐 기능과 배고픔 기능이 통합적 상호작용을 밝혔다. 사람에서 비만치료제 투여로 관찰된 현상을, 쥐에서 뇌신경 관련 뇌과학 도구를 활용하여 그 기전을 입증한 중개연구로서의 의의가 있다. 더불어 뇌의 배불러짐 중추와 인지과학에 대한 기초과학적 발견인 동시에 새로운 비만약 개발을 위한 시작점으로서 응용과학적인 의미가 있다.